Nafta - must kuld (1)

„ Nafta – Must Kuld
Referaat keemiast
2007/2008 õppeaasta
Sisukord
Sissejuhatus................................................................................................lk. 3
Koostis........................................................................................................lk. 3
Omadused...................................................................................................lk. 3
Tekkimine..................................................................................................lk. 4
Ajalugu.......................................................................................................lk. 4
Kasutamine.................................................................................................lk. 4
Naftasaadused

• Bensiin ...............................................................................................lk. 4
  
• Diislikütus..........................................................................................lk. 5
  
• Määrdeõlid.........................................................................................lk. 5
  
  • Mootoriõlid..............................................................................lk. 5
    
  • Plastsed määrded......................................................................lk. 5
    
• Katlakütused....................................................................................lk. 5-6
  
• Õlide regenereerimine........................................................................lk. 6
  
• Kasutatud kirjandus............................................................................lk. 7
  

Sissejuhatus
Nafta on oma avastamisest saati olnud ühiskonnale tähtsaks energeetiliseks ressursiks. Ilma sellise mahuka energia ressursita ei oskaks ilmselt keegi igapäeva elu ette kujutada. Kuigi me sellele tavaelus suurt tähelepanu ei pööra, sõltub sellest maavarast suuresti kogu inimtegevus. (Nafta – Must kuld, http://www.ene.ttu.ee/Maeinstituut/Loput/Nafta%20-%20must%20kuld.%20K.Lepisk.pdf , Kaupo Lepsik, 2004)
Koostis
Nafta koosneb põhiliselt süsinikust (82...87%), vesinikust (12...15%), väävlist (1,5%), lämmastikust (0,5%) ning hapnikust (0,5%). Hoolimata sellest, et elemendiline koostis on naftal suhteliselt lihtne, on molekulaarne koostis väga keerukas. Peamised naftat moodustavad ühendid jaotatakse kolmeks: parafiinid, nafteenid ning aromaatsed ühendid. Parafiinide ehk alkaanide keemiline valem on CnH2n+2. Parafiinid on nafta peamised koostisosad ning nende keemistemperatuur on 40...200°C. Nad on raskemad ning keerukama struktuuriga kui parafiinid. Nende hulka kuulub ka asfalt. Aromaatsed ühendid on keemilise valemiga CnH2n-6. Nende hulka kuulub näiteks benseen . Aromaatsed ühendid kuuluvad küll alati nafta koostisse, kuid moodustavad sellest suhteliselt väikse osa.
Peale süsiniku ja vesiniku sisaldab nafta ka väävlit, hapnikku, lämmastikku, metalle ning mittetäielikult lagunenud orgaanilist ainet. Mida suurem on nafta erikaal, seda suurem on lisandite sisaldus. Näiteks rasked naftad sisaldavad väävlit rohkem kui kerged. Rafineerimise käigus puhastatakse nafta väävlist, sest atmosfääri paiskudes põhjustaks väävel palju keskkonnaprobleeme.
Naftaga koos esineb ka maagaas, mis koosneb lenduvatest süsivesinikest, peamiselt alkaanidest, millest olulisim on metaan. (Nafta – Vikipeedia, vaba entsüklopeedia, http://et.wikipedia.org/wiki/Nafta )
Omadused
Kuna naftat on võimalik leida erinevatest paikadest, on sellel ka palju erinevaid omadusi. Nafta on väga tuleohtlik. Maapinnal olev nafta on madalama temperatuuri tõttu viskoossem kui sügaval Maa sees olev nafta. Värvuselt on nafta peaaegu värvitust kuni mustani, olles enamasti pruunikat tooni. Et nafta on erinevate ühendite segu, millel kõigil on erinevad keemis- ning sulamistemperatuurid, ei ole sellel ka kindlaid keemis- ega sulamistemperatuure. Küll aga tuleb arvestada sellega, et madalatel temperatuuridel muutuvad nafta ja sellest valmistatud tooted viskoossemaks ning võivad seega põhjustada probleeme näiteks õlitatavatel masinatel , mida kasutatakse külmas kliimas. (Nafta – Vikipeedia, vaba entsüklopeedia, http://et.wikipedia.org/wiki/Nafta )
Tekkimine
Nafta on tekkinud mittetäielikult lagunenud orgaanilisest ainest, mis võis olla nii taimne kui ka loomne ning kasvanud kas meres või maismaal. Suurem osa naftast on tekkinud arvatavasti merelisest fütoplanktonist ning protistidest. Sellised on näiteks sinivetikad ning foraminifeerid. Nafta tekkimise protsess toimub peamiselt kahe kuni kolme kilomeetri sügavusel ning koguneb poorsemasse kivimisse, näiteks liiva- või lubjakivisse. Nafta liigub ülespoole niikaua , kuni tuleb vastu kivimkiht, mis ei ole liikuvate vedelike jaoks läbitav. Et naftat moodustavad süsivesinikud on veest kergemad, kogunevad nad kõige ülemisse ossa , moodustadeski naftamaardla. Nafta koguneb nn naftapüünistesse, mis on geoloogilised struktuurid , näiteks antiklinaalid või murrangud, mis takistavad magma edasist liikumist. (Nafta – Vikipeedia, vaba entsüklopeedia, http://et.wikipedia.org/wiki/Nafta )
Ajalugu
Naftat tunti Eufrati orus, Hiinas ja Egiptuses ja mujal juba 6000 – 4000 e. Kr. Tööstuslikult hakati teda tootma USA-s 1860. aastail ( esimene naftapuurauk puuriti 1859 a.). (Eesti Entsüklopeedia nr. 6, 1992)
Esimese tööstusliku naftadestilleerimisseadme ehitasid 1829.a Venemaal vennad V., G., ja M. Dubinin. Suuremal hulgal hakati naftat destilleerima alles 19.saj. lõpus, kui kasutusele võeti sisepõlemismootorid. (Eesti Ensüklopeedia nr 6. , 1992. a) Nüüdisajal toodetakse naftat eranditult puuraukude kaudu, neist purskab ta mõnikord gaasi survel , kuid enamasti pumbatakse või ammutatakse teda kompressorimeetodil. Rohkesti ammutatakse naftat mandrilaval mere põhjast ( nt. Kaspia merel ja Põhjamerel). (Eesti Entsüklopeedia nr. 6, 1992)
Kasutamine
Nafta põhiliseks töötlemisvõtteks on destillatsioon. Suuremal hulgal hakati naftat destilleerima alles 19. sajandi lõpus, kui võeti kasutusele
sisepõlemismootorid. Nüüdisaegsele tehnoloogiale pandi alus USA-s 1920 aastail, kui
konstrueeriti toruahjud. Aastast 1912 hakati USA-s rakendama nafta termilist ja aastast 1936 katalüütilist krakkimist. Kogu toodetav nafta töödeldakse vedelkütusteks, määrdeõlideks ja teisteks nafta saadusteks, näiteks parafiiniks, bituumeniks, lahusteiks, tehnilisteks õlideks, ning seda kasutatakse ka toorainena nafta keemias.
(Nafta – Must kuld, http://www.ene.ttu.ee/Maeinstituut/Loput/Nafta%20-%20must%20kuld.%20K.Lepisk.pdf , Kaupo Lepsik, 2004)
Naftasaadused

Bensiin.
Bensiinifraktsioon on nafta destilleerimisel kõige kergemini lenduv fraktsioon . Bensiini keemise algus on 35...40 C. Bensiini kasutatakse peamiselt mootorikütusena, seejuures peab natuke bensiinis olema ka hästi madalalt keevaid süsivesinikke, see hõlbustab mootori käivitamist, eriti talvel. Bensiinide üheks kõige tähtsamaks omaduseks, mille määramise ja parandamisega vaeva nähakse, on detonatsioonikindlus ehk oktaaniarv . Bensiinide puhul ongi põhiprobleemiks oktaaniarvu tõstmine ning seda on võimalik teha mitut moodi. ( Timotheus H., 1999, Praktiline keemia)

Diislikütused.
Diislikütused, mida samuti kasutatakse mootorite tööle panemiseks, koosnevad umbes sama tüüpi süsivesinikest nagu bensiinid: põhikomponendiks on alkaanid ja tsükloalkaanid, natuke on ka areene ja alkeene. Tähtsaim diislikütust iseloomustav suurus on tsetaaniarv , mida määratakse muudetava töörežiimiga katsediiselmootoris. Diislikütus süttib diiselmootoris iseenesest. Ta pritsitakse mootorisse, kus ta kuumeneb suure rõhu all mitmesaja kraadini. Tsetaaniarv iseloomustab nii diislikütuse isesüttimist kui ka ühtlast põlemist. Diislikütuste puhul uuritakse ka seda, kui viskoossed need on. Diislikütuste puhul on oluline ka hangumistemperatuur, sest erinevalt bensiinidest, võivad mõned diislikütused ka -15..-20 C juures hanguda ja võtta sültja kuju. (Timotheus H., 1999, Praktiline keemia)

Määrdeõlid.
Määrdeõlideks nimetatakse kõiki toatemperatuuril vedelaid määrdeaineid. Nad valmistatakse kõrgemalt keevatest naftafraktsioonidest, millele on lisatud mitmesuguseid manuseid, et omadusi parandada. On ka taimse või loomse päritoluga määrdeõlisid või nende segusid naftasaadustega. Määrdeõlide puhul määratakse alati leekpunkt . Selleks kuumutatakse õli ja uuritakse, millisest temperatuurist alates õlist eralduvate aurude ja õhu sega süttib, süütamiseks kasutatakse seejuures väikese põleti leeki. Leekpunkt on väga oluline määrdeõlide tuleohtlikkuse selgitamisel , kuna määrdeõlid kuumenevad töötades sageli küllalt kõrge temperatuurini. (Timotheus H., 1999, Praktiline keemia)

• Mootoriõlid
  

Mootoriõlid on määrdeõlidest kõige tähtsamad. Nende põhieesmärk on vähendada liikuvate pindande, näiteks võlli ja laagri vahelist hõõrdumist, et pinnad ei kuluks ega kuumeneks. Õli peab olema paraja viskoossusega. Liiga vedel õli voolab õlitatavate pindade vahelt välja, liiga paks õli ei täida kõiki kitsaid pilusid liikuvate pindade vahel. Üks ja sama määrdeõli peab sageli töötama erinevatel temperatuuridel: seadme käivitamisel on temperatuur madalam, töötades tõuseb. Sellepärast on tähtis mitte ainult viskoossus , vaid ka viskoossuse sõltuvus temperatuurist. Nagu diislikütustel, määratakse ka mootoriõlidel hangumistemperatuur, see peab olema vähemalt 10 C võrra madalam kõige madalamast töötemperatuurist. Mootoriõlid on mittevastupidavad õhuhapniku suhtes . Kuigi kanistris seistes ei juhtu õliga midagi, võib ta töötades kuumeneda ning hakkab seejärel oksüdeeruma. Tekivad karboksüülhapped, mis hakkavad metalli pinda söövitama. (Timotheus H., 1999, Praktiline keemia)

• Plastsed määrded
  

Plastsed määrded ei ole tegelikult ei õlid ega ka tahked määrded. Nad koosnevad vähemalt kahest komponendist , millest üks on peaaegu tahke, teine vedel. Plastse määrde struktuur kujutab endast tahkemas komponendist moodustunud võrku, mille vahed on täidetud vedela komponendiga. Selline süsteem läheb hõõrdumisel üleni vedelasse, õlitaolisesse olekusse, hõõrdumise lakkamisel aga esialgne struktuur taastub . Seda nähtust nimetatakse tiksotroopiaks. Tahkeks komponendiks on enamasti mitmesugused seebid. Naatriumseepida kõrval kasutatakse liitium- ja baariumseepe. Mõnikord on tahkeks komponendiks ka parafiin . Vedelaks komponendiks on mitmesugused õlid. (Timotheus H., 1999, Praktiline keemia)

Katlakütused ehk kütteõlid.
Vedelaid katlakütuseid kasutatakse soojusenergia tootmisel keskküttekateldes, aurukateldes ja mujal. Üks tähtsamaid katlakütuseid on masuut, mis jääb nafta destillatsiooni jäägiks. Kütteõlidena kasutatakse ka mitmesuguseid muid vähem lenduvaid vedelaid naftasaadusi ja jääke, mis mujal kasutamiseks ei kõlba, sest katlakütuste suhtes ei ole nõuded nii ranged kui varem vaadeldud bensiinide, diislikütuste ja määrdeainete suhtes. Vedelkütused on mitmes mõttes paremad, kui tahked, sest nende põletamisel ei teki tahkeid jääke. (Timotheus H., 1999, Praktiline keemia)

Õlide regenereerimine.
Läbitöötanud määrdeõlisid võib kasutada katlakütusena, kuid see ei ole majanduslikult kõige mõistlikum, kuna põhiline osa alkaane on läbitöötanud määrdeõlis säilinud. Sellepärast suunatakse läbitöötanud määrdeõlid sageli regenereerimisele, nii hoitakse kokku nafta tootmise ja eeltöötlemise kulutused. Läbitöötanud õlid sisaldavad peale oksüdatsioonil ja polümerisatsioonil tekkinud enam või vähem tahkete lisandite veel metallitolmu, sageli ka vett. Mõnel juhul saab õli regenereerida filtrimise, tsentrifuugimise ja teiste lihtsamate võtetega. Mõnel juhul tuleb aga läbitöötanud õli uuesti destilleerida. Ka sel juhul on asi sageli majanduslikult tasuv , sest läbitöötanud õlist saab destilleerimisel kuni 85% puhast õli. Õli destilleerimine on aga lihtsam kui nafta destilleerimine. Transmissooniõli on keerulisem regenereerida, kui mootoriõli, sest manuste saadus on palju suurem. (Timotheus H., 1999, Praktiline keemia)
Kasutatud kirjandus:

• „Praktiline keemia” Heiki Timotheus, 1999
  
• Nafta – Vikipeedia, vaba entsüklopeedia, http://et.wikipedia.org/wiki/Nafta
  
• Eesti Entsüklopeedia nr. 6, 1992
  
• „Nafta – Must kuld” http://www.ene.ttu.ee/Maeinstituut/Loput/Nafta%20-%20must%20kuld.%20K.Lepisk.pdf
  

8